有關(guān)電學(xué)教學(xué)的“胡言亂語(yǔ)”??絲細(xì)壁黑燈光暗

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 初中物理 來(lái)源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

白熾燈發(fā)光靠的是燈泡里的燈絲。燈絲是由鎢制成的,它的熔點(diǎn)是3410℃。當(dāng)白熾燈通電后,螺旋狀燈絲的溫度可以超過(guò)2000℃,達(dá)到白熾化狀態(tài),燈泡就發(fā)出了光。所以,我們說(shuō),白熾燈是利用電流的熱效應(yīng)來(lái)工作的。白熾燈工作時(shí),把電能轉(zhuǎn)化為光能。家庭常用白熾電燈的發(fā)光效率在10%左右,平均壽命約為1000h。

一只白熾燈,接在家庭電路中,工作一段時(shí)間后,發(fā)出燈光的亮度要比原來(lái)暗一些。這是為什么?

很多人認(rèn)為,白熾燈在工作一段時(shí)間后,由于做成燈絲的金屬鎢在高溫下升華,燈絲變細(xì)了,而燈絲的長(zhǎng)度是不變的,所以燈絲的電阻就變小了。接在家庭電路中的白熾燈,它兩端的電壓是不變的,由電功率公式P=U2/R可知,燈絲的實(shí)際功率變小,燈泡的亮度變暗。

這種看法是正確的。但白熾燈的燈絲變細(xì),只是燈泡發(fā)光亮度變暗的一個(gè)原因。白熾燈的燈泡壁變黑,是燈泡發(fā)光亮度變暗的另一個(gè)原因。

白熾燈燈絲的鎢在高溫下升華時(shí),極少的一部分固態(tài)鎢變成氣態(tài)的鎢,充斥在燈泡內(nèi)。其中,一部分氣態(tài)的鎢,在溫度稍低的燈泡壁上發(fā)生凝華,變成固態(tài)的鎢附著在燈泡壁上。由于金屬鎢是黑色的,這些附著在燈泡壁上的黑色的鎢,就使燈泡壁的透光性變差,燈絲發(fā)出的光由燈泡壁射出時(shí),也就變暗了。

綜合以上分析,我們認(rèn)為,白熾燈工作一段時(shí)間后,發(fā)出的燈光比原來(lái)暗的的原因是:燈泡的燈絲變細(xì),燈泡的實(shí)際功率變小;燈泡壁的透光性變差。在這兩個(gè)影響因素中,剛開(kāi)始使用燈泡時(shí),“燈絲變細(xì),燈泡的實(shí)際功率變小”,是白熾燈的燈光變暗的主要原因。隨著燈泡使用時(shí)間的增長(zhǎng),“燈泡壁的透光性變差”,則成了白熾燈發(fā)光變暗的主要原因。

以上分析過(guò)程中,涉及到兩個(gè)問(wèn)題,一是白熾燈的亮度,是由它的實(shí)際電功率決定的;二是白熾燈的電功率用P=U2/R來(lái)計(jì)算。

關(guān)于第一個(gè)問(wèn)題,最近一段時(shí)間,是昆明市初中物理學(xué)界討論的一個(gè)熱門話題。原因是,昆明市2019年初中物理課堂教學(xué)比賽中,競(jìng)賽的課題中有“電功”和“電功率”。 2019年12月10日,在昆明市第十中學(xué)(白塔校區(qū))舉行的市級(jí)公開(kāi)課上,昆明市第十中學(xué)的張老師授課的題目也是“電功”。不論是“電功”的課堂教學(xué),或是“電功率”的課堂教學(xué),授課老師均涉及到了這個(gè)問(wèn)題,而大家對(duì)這一問(wèn)題的看法不一致。

昆明市教科院給出的的結(jié)果是,白熾燈泡的亮度不是由它的實(shí)際電功率決定的。并且還舉出了如下的實(shí)例:20W的節(jié)能燈和20W的白熾燈,都接在220V的家庭電路中,20W的節(jié)能燈要比20W的白熾燈亮得多。

對(duì)此結(jié)果,我不敢茍同。

誠(chéng)然,影響白熾燈泡亮度的因素不止一個(gè),燈泡的實(shí)際電功率只是影響燈泡亮度的一個(gè)因素。但是,白熾燈泡的實(shí)際功率是影響燈泡亮度的一個(gè)極為重要的因素。所以,從某種意義上說(shuō),白熾燈的亮度決定于它的實(shí)際電功率。因此,在初中階段的物理教學(xué)中,我們可以認(rèn)為,白熾燈的亮度決定于它的實(shí)際電功率。在實(shí)驗(yàn)中,我們可以用白熾燈泡的亮度,顯示白熾燈泡的電功率的大小。一些教科書,比如人教版的教科書,就是這樣的。

至于用20W的節(jié)能燈正常發(fā)光的亮度和20W的白熾燈正常發(fā)光的亮度相比,我認(rèn)為是犯了一個(gè)不應(yīng)該的錯(cuò)誤:采取不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。20W的節(jié)能燈和20W的白熾燈是不同種類的燈泡,它們的發(fā)光原理是不一樣的。

初中物理教學(xué)中,之所以可以認(rèn)為白熾燈的亮度決定于它的實(shí)際電功率,一是初中物理實(shí)驗(yàn)中使用的小燈泡是白熾燈泡,討論有關(guān)問(wèn)題時(shí)基本上只涉及白熾燈;二是在日常生活中,人們大多還在使用白熾燈,在不違反知識(shí)科學(xué)性的同時(shí),可以解釋實(shí)際生活中的有關(guān)現(xiàn)象;三是利于糾正學(xué)生頭腦中存在的“白熾燈的亮度決定于它兩端的電壓或通過(guò)它的電流”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題,也就是用P=U2/R來(lái)計(jì)算白熾燈電功率的問(wèn)題。我們知道,P=U2/R是由P=UI和I=U/R得出的,所以P=U2/R的使用條件和I=U/R是一樣的,即適用于線性元件,也就是初中物理所說(shuō)的純電阻電路。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,我們已經(jīng)知道,白熾燈的電阻要隨著燈絲溫度的升高而增大。所以,嚴(yán)格來(lái)講,用P=U2/R計(jì)算白熾燈的電功率是不合適的。在前面的博文中,已經(jīng)涉及到這個(gè)問(wèn)題,就是當(dāng)白熾燈兩端的電壓變化不大時(shí),I=U/R可以使用,當(dāng)然,我們也可以使用P=U2/R來(lái)討論相關(guān)的問(wèn)題。


本文來(lái)自:逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/chuzhong/1298666.html

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